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Bio-bots : des robots biologiques musclés et imprimés en 3D

Julien Bergounhoux
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Bio-bots : des robots biologiques musclés et imprimés en 3D

© Janet Sinn-Hanlon

Des scientifiques de l'Université de l'Illinois ont créé un "robot biologique" d'un centimètre de long, imprimé en 3D, qui utilise du tissu musculaire stimulé électriquement pour se mouvoir. Des recherches inhabituelles mais avec des applications potentielles bien réelles.

Des ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign viennent de faire la démonstration d'une nouvelle variété de «bio-bots», des robots biologiques capables de marcher grâce à des cellules musculaires contrôlées par des impulsions électriques. Ils font moins d'un centimètre et sont faits d'une combinaison de cellules vivantes et de cellules synthétiques en hydrogel, imprimées en 3D.

Ce groupe de chercheurs, mené par Rashid Bashir, directeur du département de bioingenierie de l'université, avait déjà créé des bio-bots capables de «marcher» à l'aide de cellules cardiaques de rats, mais celles-ci étant obligée de se contracter en permanence, il n'était pas possible de contrôler les mouvements de la machine, qu'il s'agisse de la «démarrer» ou de «l'éteindre» ou de la faire se mouvoir à différentes vitesses.

Des muscles squelettiques pour plus de contrôle

Les nouveaux bio-bots utilisent une bande de cellules provenant de muscles squelettiques (sous contrôle volontaire du système nerveux central), ce qui permet aux chercheurs de mieux les contrôler et ouvre la voie à plus d'applications pour cette technologie. La conception est inspirée des structures musculo-squelettiques (muscle-tendon-os) qu'on trouve dans la nature.

Elle emploie une armature d'hydrogel imprimée en 3D, suffisamment forte pour donner une structure au bio-bot, mais également assez flexible pour plier comme une articulation. Le muscle est attaché aux deux «pieds» du bio-bot, de la même manière qu'un muscle est attaché à l'os par un tendon. La vitesse du bio-bot peut être contrôlée en ajustant la fréquence des impulsions électriques. Une fréquence plus élevée fait que les muscles se contractent plus vite, augmentant la vitesse de progression.

Pousser le biologique au-delà du naturel

La prochaine étape pour les chercheurs sera d'obtenir encore plus de contrôle sur les mouvements des bio-bots, par exemple en intégrant des neurones au système pour qu'il puisse être dirigé dans différentes directions à l'aide de lumière ou de gradients chimiques. Et côté ingénierie, il faudra concevoir une armature adaptée qui permettra aux bio-bots de se mouvoir dans plusieurs directions basées sur la réception de différents signaux. L'impression 3D est ici un avantage non négligeable car elle permet aux scientifiques de tester différents concepts assez rapidement.

Le but à moyen terme est d'utiliser ces appareils comme capteurs environnementaux mobiles et autonomes, par exemple en leur faisant détecter une toxine et se déplacer vers elle, pour, en relâchant des agents, la neutraliser. Les chercheurs ne comptent pas s'arrêter là et veulent utiliser les propriétés dynamiques des cellules en terme d'organisation autonome et de réponse aux facteurs environnementaux pour fabriquer des machines biologiques suivant des structures non-naturelles. A plus long terme, ces machines biologiques pourraient aider à administrer des médicaments, être utilisés pour de la robotique chirurgicale, former des implants intelligents, etc.

Les travaux ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ci-dessous une vidéo démontrant les prouesses des bio-bots :

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